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摘要 : 对目前离心风机气动噪声的研究方法进行了分析， 总结出数值模拟及其计算方法还不完善 。提出了离心风机蜗壳简化成一个具有硬边界的理想壳体模型的思路来开研究风机气动噪声。
Analysis and Suggestion on Research Methods of Aerodynamic Noise for Centrifugal Fan
Abstract:Analysis is carried out on research methods of aerodynamic noise for centrifugal fan. Numerical simulation is summarized, and its caculating method is not perfect. The thinking of that centrifugal fan volute simplified an ideal casing model with hard boundary is put forward in order to research fan aerodynamic noise.
关键词：离心式通风机 气动噪声 研究方法
Keywords: Centrifugal fan Aerodynamic noise Research method
1 引言
离心风机的噪声以气动噪声为主，在性质上可以分为离散噪声与宽带噪声。其气动噪声主要由气体与叶轮叶片以及蜗壳的相互作用产生，并通过进、出气通道加以传播。蜗壳内部的三维非稳定流场以及壳体的特殊形状使得对其开展研究变得困难。近年来，国内外专家如： Lowson 、 Wan-Ho Jeon 等都针对离心风机噪声做了很多研究，在发声机理和声源传播、数值模拟、测试技术等方面都取得了不少突破，但仍有很多需要进一步改进和完善之处。本文综合了近年来国内外大量文献的理论计算和试验研究方法，同时提出了新的建议。
2 理论计算方法
2.1 点源模型
对于风机而言，点源模型是一种十分有用的技术。这种近似的准则是，所要研究的最高频率的波长 λ 应该远大于声源的物理尺寸Ｌ。为满足这个准则要求，对发射较高频率噪声的叶片，在应用点源模型时，可将每个相关面积或相关体积视为一个小尺寸的孤立声源，将风机叶片用沿着叶片展长分布的孤立点源的总和来模拟。目前有人研究了自由声场旋转点声源的声学特性；Lowson 通过波动方程推导出了运动点源产生的声场公式，该公式适合于叶片上的每个微元体，然后对叶片上的所有微元求积分就可以求出叶片运动产生的声场。但拟定叶片微元的点源尺寸是一个难题，而且一般来说风机叶片都不是直叶片，甚至在空间有很大扭曲，用点源模型进行模拟容易产生较大误差。另外，上述研究针对的是自由声场，而离心风机必须考虑蜗壳的影响。
2.2 蜗舌的尖劈模拟 静止平板尾缘紊流边界层声发射的理论计算公式早已得出，但用于叶轮机械噪声还需进一步改进。陆桂林考虑了叶片旋转对声发射的影响，并结合有关试验资料，引入叶片几何参数的组合关系式，推导出了一个有  个叶片的离心风机叶轮叶片尾缘紊流边界层声发射计算公式。这些都是在无蜗壳假定下噪声计算公式的推导。为了模拟有蜗壳存在的情况，Wan-Ho Jeon 在叶轮附近放置一个尖劈模拟蜗舌，以它来作为产生离散噪声的声源,如图1所示。
通过此模型计算出流场，然后用非定常的伯努利方程计算出作用在叶片微元上所受的力， 最后利用 Lowson 导出的任意运动点源的声场公式计算声压： |
运用该模型进行风机噪声的数值模拟可以得到很多有价值的数值计算结果，改变其中一些参数，如叶片数，叶轮旋转速度和叶轮与尖劈之间的间隙等来重新进行计算，并加以比较可以分析叶片通过频率噪声的影响因素，对离心风机的降噪有指导意义，尤其是对分析离散噪声的成因及其降噪方法有着比较重要的作用。但是它只能模拟风机的基频噪声，且仍没有考虑完整蜗壳的存在。
2.3 基于宽频噪声的模拟
宽频噪声也称作涡流噪声，它主要取决于对应的流场。至今尚未看到与离心风机蜗壳内部完整流场所对应的声场解，所以涡流噪声很多都还是实验研究或者理论上的定性分析。
可以利用加速度传感器得到蜗壳表面的振动速度分布，然后通过公式计算出蜗壳表面的声压，或者可以通过风机进口或出口的声压计算进出口辐射的声功率，然后得到总的合成声功率。可以看出，该计算方法可以计算蜗壳振动引起的噪声辐射，也可以计算通过进出口管道向外传递的噪声。但是在测量进出口的声压时，由于气流的影响，使测量受到较大的干扰，因此测定的声压不一定是真实值；另外，由于蜗壳表面各点振动极不均匀，不仅是垂直于表面振动，甚至随时间变化。测量时需要测量大量点的振动速度，工作量大，而且可靠性不高，因此该方法的应用也有局限性。 |
